用tensorflow构建神经网络学习简单函数
目标是学习\(y=2x+3\)
建立一个5层的神经网络,用平方误差作为损失函数。
代码如下:
import tensorflow as tf
import numpy as np
import time
x_size=200000
dim=2
x_data=np.random.random([x_size,dim]).astype('float32')
y_data=2*x_data+3
x_test=np.random.random([10,dim]).astype('float32')
y_test=2*x_test+3
train_x=tf.placeholder(tf.float32,shape=[None,dim])
train_y=tf.placeholder(tf.float32,shape=[None,dim])
weight1=tf.Variable(tf.truncated_normal([dim,40],stddev=0.1))
b1=tf.Variable(tf.zeros([40])+0.1)
h1=tf.nn.relu(tf.matmul(train_x,weight1)+b1)
weight2=tf.Variable(tf.truncated_normal([40,40],stddev=0.1))
b2=tf.Variable(tf.zeros([40])+0.1)
h2=tf.nn.relu(tf.matmul(h1,weight2)+b2)
weight3=tf.Variable(tf.truncated_normal([40,40],stddev=0.1))
b3=tf.Variable(tf.zeros([40])+0.1)
h3=tf.nn.relu(tf.matmul(h2,weight3)+b3)
weight4=tf.Variable(tf.truncated_normal([40,40],stddev=0.1))
b4=tf.Variable(tf.zeros([40])+0.1)
h4=tf.nn.relu(tf.matmul(h3,weight4)+b4)
weight5=tf.Variable(tf.truncated_normal([40,dim],stddev=0.1))
b5=tf.Variable(tf.zeros([dim])+0.1)
y_output=tf.nn.relu(tf.matmul(h4,weight5)+b5)
loss=tf.reduce_mean(tf.square(train_y-y_output))
optimizer=tf.train.GradientDescentOptimizer(0.5)
train_step=optimizer.minimize(loss)
t1=time.time()
sess=tf.Session()
sess.run(tf.global_variables_initializer())
for i in range(2000):
feed_train={
train_x:x_data,
train_y:y_data
}
if i%100==0:
print('loss:',sess.run(loss,feed_dict=feed_train),end=', ')
sess.run(train_step,feed_dict=feed_train)
print()
t2=time.time()
print('Total Time:',t2-t1)
print('test')
for i in range(10):
feed_test={train_x:x_test[i:i+1],train_y:y_test[i:i+1]}
print('y: ',sess.run(train_y,feed_dict=feed_test))
print('y_output:',sess.run(y_output,feed_dict=feed_test))
print('loss:',sess.run(loss,feed_dict=feed_test))
sess.close()
结果:
loss: 15.4106, loss: 0.232037, loss: 0.211914, loss: 0.198133, loss: 0.0544874, loss: 0.0280089, loss: 0.0211618, loss: 0.0173591, loss: 0.0109964, loss: 0.00902615, loss: 0.00815686, loss: 0.00941989, loss: 0.00619169, loss: 0.00529554, loss: 0.00506653, loss: 0.00660528, loss: 0.00382864, loss: 0.00412649, loss: 0.00610038, loss: 0.00354737,
Total Time: 88.89598035812378
test
y: [[ 4.46494102 4.53034449]]
y_output: [[ 4.48269606 4.44468594]]
loss: 0.00382631
y: [[ 3.21122026 4.36406898]]
y_output: [[ 3.22117805 4.2706871 ]]
loss: 0.00440967
y: [[ 3.58840036 4.41665506]]
y_output: [[ 3.59200501 4.3375597 ]]
loss: 0.00313453
y: [[ 3.49797821 4.21883869]]
y_output: [[ 3.51356149 4.14429617]]
loss: 0.00289971
y: [[ 3.75655651 4.35610151]]
y_output: [[ 3.76163697 4.26597834]]
loss: 0.004074
y: [[ 4.52173853 4.32090807]]
y_output: [[ 4.53192806 4.2343545 ]]
loss: 0.00379767
y: [[ 4.19067335 4.8417387 ]]
y_output: [[ 4.20001888 4.73385048]]
loss: 0.0058636
y: [[ 4.58287668 3.89965653]]
y_output: [[ 4.59979439 3.84099913]]
loss: 0.00186345
y: [[ 4.25389147 3.75640154]]
y_output: [[ 4.23791742 3.69044876]]
loss: 0.00230247
y: [[ 3.40870714 4.49888897]]
y_output: [[ 3.41926885 4.42829704]]
loss: 0.00254738
可以看出在训练集上loss不断减小,最后下降到0.00354737,而在测试集上loss也在0.003左右。
由于参数是随机设置的,有时候可能陷入局部最优中,多运行几次可以减少陷入局部最优的概率。
将优化算法换成:
optimizer=tf.train.AdamOptimizer()
后的结果:
loss: 15.6427, loss: 0.197051, loss: 0.174776, loss: 0.164641, loss: 0.15766, loss: 0.131154, loss: 0.0029341, loss: 0.000404288, loss: 0.000178629, loss: 9.63827e-05, loss: 5.74653e-05, loss: 3.65505e-05, loss: 2.44332e-05, loss: 1.69916e-05, loss: 1.22397e-05, loss: 9.06447e-06, loss: 6.86902e-06, loss: 5.31113e-06, loss: 4.16228e-06, loss: 3.30907e-06,
Total Time: 89.90041589736938
test
y: [[ 4.46494102 4.53034449]]
y_output: [[ 4.46485758 4.53046322]]
loss: 1.05304e-08
y: [[ 3.21122026 4.36406898]]
y_output: [[ 3.21072125 4.36450434]]
loss: 2.19271e-07
y: [[ 3.58840036 4.41665506]]
y_output: [[ 3.58802533 4.41699553]]
loss: 1.28282e-07
y: [[ 3.49797821 4.21883869]]
y_output: [[ 3.49763799 4.2191186 ]]
loss: 9.70489e-08
y: [[ 3.75655651 4.35610151]]
y_output: [[ 3.75626636 4.35636234]]
loss: 7.61112e-08
y: [[ 4.52173853 4.32090807]]
y_output: [[ 4.52174997 4.32091379]]
loss: 8.18545e-11
y: [[ 4.19067335 4.8417387 ]]
y_output: [[ 4.19037819 4.84208441]]
loss: 1.03317e-07
y: [[ 4.58287668 3.89965653]]
y_output: [[ 4.58305788 3.89945245]]
loss: 3.7242e-08
y: [[ 4.25389147 3.75640154]]
y_output: [[ 4.25399828 3.75623488]]
loss: 1.95912e-08
y: [[ 3.40870714 4.49888897]]
y_output: [[ 3.40823555 4.49932337]]
loss: 2.05551e-07
使用RMSPropOptimizer,最小loss:0.33
使用FtrlOptimizer,最小loss:0.17
使用MomentumOptimizer(learning_rate=0.1,momentum=0.6),loss:4.47119e-06, 但是不是很稳定。
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